As.161007 by ASADOV

VIEWS: 31 PAGES: 10

									   НЕКОТОРЫ ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
    АЭРОЗОЛЬНОЙ ОБСТАНОВКИ В АТМОСФЕРЕ НАД ЗОНАМИ
          МОРСКОЙ НЕФТЕДОБЫЧИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ
                          ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОРЯ


                          Асадов Х.Г., Агаев Дж.А.


    Морская нефтедобыча, несмотря на все ее отрицательные стороны, все
более укрепляет свои позиции в общем балансе средств и методов добычи
энергоносителей. Как указано в [1], экологические последствия имеют место на
всех этапах морских разработок. На каждом этапе – от разведки запасов и
бурения скважин в море до процесса очистки и транспортировки нефти и
нефтепродуктов имеется значительный риск для экологии и здоровья человека.
Попутный газ, являющийся неотъемлемой частью извлекаемой нефти также
создает    значительные    экологические     проблемы.      Если     попутный
углеводородный газ не отделяют и не подвергают очистке для последующего
использования, то его часто сжигают при скважине; такие «факелы» являются
мощными источниками загрязнения окружающей среды, которое в свою
очередь приводит к появлению смога и кислотных дождей.
    Как справедливо отмечено в [2], круглосуточно горящие факела
способствуют    глобальному     разрушению     атмосферы     и      нарушению
экологического баланса земли за счет выбросов углекислого газа, окислов азота
и большого количества аэрозолей [3].
    Хорошо известно, что атмосферный аэрозоль является комплексной
смесью    воздушных    частиц   имеющих     антропогенное    и     естественное
происхождение. Европейские стандарты качества воздуха в настоящее время в
основном рассматривают аэрозоли с размером менее 10 мкм (РМ10), которая
составляет вдыхаемую фракцию аэрозолей. Масса и состав РМ10 обычно
делятся на две группы: крупные частицы, в основном с аэродинамическим
диаметром больше, чем 2,5 мкм и мелкие частицы с аэродинамическим
                                                                                 2
диаметром менее 2,5 мкм. Мелкие частицы содержат вторичные аэрозоли,
частицы, возникшие из-за сжигания биомассы, а также конденсированные
органические и металлические пары. Крупные частицы обычно содержат
морскую соль, дорожную и промышленную пыль и т.д. На здоровье человека в
основном сильно влияют мелкодисперсный аэрозоль (в частности сажа)
возникающая из-за сжигания органического топлива, которые в основном
относятся к размеру РМ2.5. Кроме этого сажа является важной составляющей
факторов приводящих к глобальному потеплению.
    Как указано в [3] в общем случае основными источниками возникновения
сажевой компоненты мелкодисперсного аэрозоля РМ2 являются сжигание
древесины в домашних хозяйствах, сжигания на производстве, преобразование
энергии (с привлечением жидкого топлива), сжигание попутного газа на
нефтедобывающих платформах, сжигание отходов в сельском хозяйстве,
эмиссии от морских судов и т.д. В табл. 1 приведены данные которые
отображают годичную эмиссию в атмосферу в результате антропогенной
деятельности в Европе РМ2.5, его сажевой доли в РМ2.5.
                                                                         Табл. 1
№                 Источник эмиссии                   РМ2.5       Сажа    Сажа /
                                                         (ктн)   (ктн)   РМ2.5
1. Трансформация энергии                                 256      28      0,11
2. Источники мелкого сгорания                            460      96      0,21
3. Сжигание в промышленности                             258      64      0,25
4. Производство (извлечение) минерального топлива         36      30      0,85
5. Дорожный транспорт                                    332     158      0,48
6. Сельское хозяйство                                     83      15      0,17
7. Судоходство                                                    23      0,12


    На рис. 1 показано усредненное среднее распределение сажи над Европой
[3]. Участками с высокой концентрацией являются индустриализованное и /
или плотно населенные регионы, т.е. северо-запад Европы. Максимумы
                                                                          3
имеются над такими крупными городами как Лондон, Манчестер, Афины,
Мадрид и Осло. Локальные пики на Северным Морем объясняется эмиссией от
нефтяных платформ находящихся в Северном Море. Как отмечено в [1], в
Нигерии, где число газовых факелов особенно велико выбросы в атмосферу
привели к серьезным проблемам со здоровьем населения.
     Кроме того, в процессе добычи нефти на поверхность извлекается большое
количество «пластовых вод», в которых содержится большое количество
высокотоксичных веществ, в том числе тяжелых металлов. Сброс в море
бурового шлама, раствора и пластовой воды может причинить значительный
ущерб животному миру моря. Вместе с тем различные технические аварии,
нарушения технологии нефтедобычи неизбежно ведут к загрязнению морских
вод. В настоящей статье мы проанализируем возможности применения
спектральных методов исследования степени загрязнения морских вод в
поблизости регионов морской нефтедобычи с учетом сильной аэрозольной
загрезненности атмосферы над регионами морской нефтедобычи. Условная
графическая интерпретация постановки вопроса исследования показана на рис.
2.
     Как отмечено в [4], для дистанционного спектрального исследования
твердого стока прибрежных вод морей и океанов съемки лучше проводить в
красной зоне спектра (0,6 – 0,7 мкм). В этой части спектра изменение
возвращенного потока излучения от толщи воды содержащей муть сильнее, чем
в более коротковолновом диапазоне.
     Очевидно, что осуществление точной оценки уровня загрязнения морских
вод связано с проведением достаточно точных спектральных дистанционных
измерений. Проведение точных дистанционных измерений в атмосфере над
регионами морской нефтедобычи осложняется с эмиссией в воздух большого
количества   мелкодисперсной   аэрозоли   и   параллельно   происходящими
процессом их гидроскопического роста. Например, как указано в [5],
регрессивная связь между оптической плотностью мелкодисперсного аэрозоля
                                                                                               4
 a и колонным количеством водяного пара в атмосфере WVC может быть
выражена следующей зависимостью при длине волны   500 нм
                               f 500 nm  aW  b ,                                 (1)

где a и b - постоянные величины.
      Таким    образом      суммарный       аэрозоль                   в    атмосфере      над
нефтедобывающими платформами, с учетом независимости мелкой и грубой
фракций аэрозоля, может быть представлен в виде суммы
                                 f W   c ,
где  f W  - мелкодисперсная, непрерывно увеличивающийся часть аэрозоли,

подверженная      процессу    динамического          гигроскопического              роста;   c-
относительно стабильная крупнодисперсная составляющая.
      Таким образом, для исследования степени загрязнения морских вод в
районах морской нефтедобычи влияние паров воды в атмосфере следует
учитывать дважды: С одной стороны в оптической толщине паров воды и с
другой стороны в оптической плотности мелкодисперсного аэрозоля.
      С учетом вышесказанного можно предложить следующий метод оценки
суммарной оптической плотности аэрозоля в атмосфере в регионах морской
нефтедобычи,      который     может      быть        изложен         в       виде   следующих
последовательно выполняемых шагов:
      1. Измерение интенсивности солнечного излучения на уровне моря I :
                                      I  f   ,W  ,                               (2)

где   - суммарная оптическая толщина атмосферного аэрозоля, определяемая
как
                                         f W   c ,                            (3)

где  f W  - мелкодисперсная компонента в основном генерируемая факелами

платформ морской нефтедобычи;  c - крупнодисперсная компонента.
      2. С учетом (1) и (3), выражение (2) принимает вид:
                                      I  f a  b Wa   c ,W  .                    (4)
                                                                                           5
      3. Из выражения находим W
                                            W   I , c , a, b .                  (5)
      4. С учетом (3) и (5) имеем  c
                                               f W   c .
      Таким образом, вышеизложенные шаги 1 – 4 позволяют вычислить сначала
общее количество воды в атмосфере, а затем и определить суммарную
оптическую плотность аэрозоля в атмосфере над нефтедобывающими
платформами.
      В качестве примера рассмотрим случай проведения измерений с помощью
фильтрового фотометра. В соответствии с [6], на основание закона Бугера
имеем
                     I    I 0   e x p  f W   c m  k W  m d ,   (6)

где I 0   - Солнечная постоянная на длине волны  ; m - оптическая масса; k, b -
постоянные характеризирующие используемые фильтры.
      Из (6) имеем
                                         I 0  
                                                   a1  bW  m  k Wm  ,
                                                                          d
                                    ln                                               (7)
                                          I  
где a1  a   c .
      Решение трансцедентного уравнения (7) при известных a, b, c , k и d дает
величину W . Далее суммарная оптическая плотность аэрозоля может быть
вычислена по формуле (3) с учетом (1).
      Относительно вычисления W с использованием формулы (7) следует
отметить, что величина  c может быть определена над морем, на дальнем
расстоянии от платформ обычными методами.
      Постоянные a и b могут быть определены при калибровочных испытаний
проводимых с помощью эталонного измерителя суммарной величины паров
воды в атмосфере, а параметры k и d , как отмечено в [6] вычислены для
конкретных типов фотометров с учетом примененных в них узкополосных
фильтров. Вместе с тем, как отмечено в [7] для слабых полос поглощения H 2 O
                                                                                  6
оптическая толщина паров воды пропорционально количеству осажденной
воды, т.е.
                                               W  k W .
     В этом случае выражение (7) имеет вид:
                            I 0  
                       ln             a1  bW  k mW W b  k m  a1 .   (8)
                             I  
     С учетом (1) и (8) имеем
                                               a     I  
                                      rf          ln 0       a a1  b .   (9)
                                             bk m    I  
     Таким образом, полученные (8) и (9) соответственно позволяют вычислить
соответственно общее количество воды в атмосфере над регионами морской
нефтедобычи и оптическую плотность мелкодисперсной составляющей
атмосферного аэрозоля. Следует отметить, что из – за статистического
характера регресионной зависимости (1), погрешность результатов полученных
по формулам (8) и (9) может достичь 10-15 %. Однако, очевидно, что неучет
гигроскопического роста мелкодисперсного аэрозоля, мощным генератором
которого является морские нефтедобывающие платформы, привел бы еше
более высоким погрешностьям определения вышеуказанных параметров.
     В заключение отметим, что               комплексное рассмотрение факторов
экологического воздействия морских нефтедобывающих платформ является
непременным условием защиты как воздушной, так и морской сред обитания
соответствующих природных популяций.
                                                                                 7
                                    Литература
1. Как освещать – вопросы, связанные с нефтью. П/р. Светланы Цалик и Ани
Шифрин.
 www.revenue watch.org/reports/072305.ru.pdf
2. Экологические проблемы.
 http://www.caspinfo.ru/data/2005/CSO14511.TXT
3. On the importance of aerosol nitrate over Europe.
 www.library.uu.nl/diguarchief/dip/diss/2003-1209-110044/cs.pdf
4. П. Кронберг. Дистанционные изучение земли. «Мир», 1988.
5. A. Smirnov, B.N. Holben, O. Dubovic, N.T. O’Neill. Atmospheric Aerosol Optical
Properties in the Persian Gulf. Journal of the Atmospheric sciences, v.59, pp. 620-
634.
6. www.solarlight.com/down load/mtops.pdf. Marian Morys. Design, calibration and
performance of MICROTOPS II hand – held ozonometr.
7. А.В. Миронов. Прецизионная фотометрия.
 http://www.astronet.ru/db/print/msg/1169494/node26.html
                                                                                      8
                                      Аннотация


     В статье исследован вопрос определения общего количества водяного пара
и оптического плотности аэрозоля в атмосфере над регионами морской
нефтедобычи. Отмечается, что из – за влияния влажности на мелкодисперсный
аэрозоль приводит к необходимости двойного учета влажности, как через
оптическую плотность паров воды, так и через оптическую плотность аэрозоля.

                                       Summary
             Some questions of ecological research of aerosol situation in
        atmosphere over zone of sea oil production for evaluation of level
                        of pollution of sea water total content
                              Asadov H.H., Aliyev J.A.


      The question on determination of total content of water vapour and optical
depth of aerosol in atmosphere over sea oil production regions is studied in the
article. It is stressed out, that effect of humidity of double account of water vapour,
firstly via optical depth of water vapour, and via optical depth aerosol.
                                                                9




Рис. 1. Карта аэрозольного загрязнения атмосферы над Европой.
                                                                    10


                    


                                     H2O

                          с
                          f



                                          

                          Море


    Рис. 2. Схематическое представление взаимовлияний при исследовании
атмосферы над регионами морской нефтедобычи.

								
To top